Режимы воздействия рабочих органов на зерновую смесь

14.07.2015

Сепарация зерновых смесей на решетах состоит из трех взаимодействующих процессов: 1) относительного перемещения смеси по рабочему органу; 2) внутрислоевого процесса, определяющего расслоение и самосортирование; 3) просеивания частиц сквозь отверстия решета.
Процесс вибрационного перемещения зерновой смеси по рабочим органам исследован в предыдущей главе. Здесь рассмотрим элементы теории внутрислоевого процесса и самосортирования.
Смеси семян зерновых культур можно отнести к идеально сыпучим средам. В этом случае между частицами среды действуют нормальные силы к поверхностям контакта и силы сухого трения. Рассматривая зерновую смесь в целом как обрабатываемый материал, взаимодействующий с рабочим органом машины, уподобим ее сплошной среде с присущими последней свойствами. Эта идеально сыпучая зерновая смесь представляет собой существенно нелинейную неконсервативную систему, которая в стационарном силовом поле может иметь бесчисленное множество непрерывных положений равновесия. При достаточно интенсивных колебаниях рабочего органа, вследствие воздействия на зерновую смесь переменных во времени сил инерции, нарушается равновесие сил в слое и происходит взаимное относительное перемещение частиц. Некоторые характерные режимы вибраций приводят к тому, что по отношению к постоянным или медленным по сравнению со скоростями колебаний воздействиям (например, по отношению к воздействию поля силы тяжести) сыпучая смесь ведет себя подобно системе с вязким сопротивлением, т. е. подобно жидкости с коэффициентом вязкости, существенно зависящим от параметров колебаний.
На кажущееся разжижение подверженной вибрациям зерновой смеси указывают многие исследователи. Причем с позиций детерминированной теории эти задачи решались А.Ф. Ульяновым, Г.Е. Листопадом, В.М. Цециновским, Р.Н. Воликом, И.И. Влехманом, В.Я. Хайнманом, В.В. Гортинским, Г.Н. Птушкиной, Н.М. Захаровым, И.И. Быховским и др. Стохастический подход к решению этих задач сделан Б. И. Непомнящим и др.
Изложенные этими авторами элементы теории и практика самосортирования зерновых смесей показывают, что даже наиболее значительные исследования проблемы не дают исчерпывающего решения этих задач. Несмотря на достаточно глубокое раскрытие закономерностей процессов самосортирования в кажущейся виброожиженной смеси и послойного движения элементарных слоев, основным ограничением теории является достаточно малый диапазон изменения частоты колебаний, т. е. теория объясняет только установившийся безотрывный режим движения смеси. Как известно из практики решетной вибросепарации зерновых смесей, оптимальные режимы работы решет лежат в областях отрывного движения смеси, причем самоочистка решет относит некоторые из них к высокоинтенсивным.
Более полное представление о расслоении сыпучей смеси можно получить при рассмотрении вибраций, как угодно направленных в пространстве, которые в частных случаях можно свести к направленным плоским вертикальным вибрациям и наклонным к горизонтальной плоскости под углом ε направленности колебаний.
Как было указано раньше, в зависимости от режимов воздействия рабочего органа, зерновая смесь как идеально сыпучая среда приобретает некоторые новые «кажущиеся» свойства. Следует разграничить три основных режима воздействия рабочих органов на зерновую смесь.
1. При этом, наименее интенсивном режиме в результате относительного движения частиц происходит передеформирование сыпучей среды. Сравнительно мелкие частицы укладываются в поры между крупными и среда уплотняется. Сыпучую среду в этом устойчивом в среднем динамическом состоянии будем называть уплотненной средой (уплотненным слоем), а режимы вибраций, соответственно, уплотняющими. Они характеризуются коэффициентом уплотнения

Режимы воздействия рабочих органов на зерновую смесь

II. При этом, более интенсивном режиме происходит кажущееся «разжижение» зерновой смеси под действием вибраций. Следует отметить, что для идеально сыпучих зерновых смесей «разжижение» при вибрациях представляет собой чисто механическое явление, а не результат изменения физических свойств среды (хотя последнее происходит при воздействии вибраций на некоторые неидеальные среды).
Кажущееся «разжижение» наблюдается при условиях, когда, с одной стороны, относительная сила инерции, действующая на частицу, превосходит силу сопротивления и вследствие этого в смеси наблюдается относительное движение частицы; с другой стороны, сила силового поля, в частности гравитационного, не превосходит силу сопротивления. Сыпучую среду в таком устойчивом в среднем динамическом состоянии, при котором происходит взаимно направленное относительное перемещение частиц с разными удельными весами (или разной крупностью), будем называть виброожиженной средой (виброожиженным слоем), а режимы вибраций соответственно режимами виброожижения.
III. Третий режим характерен тем, что помимо относительного проскальзывания происходит отрыв частиц друг от друга и хаотическое перемещение. При этом сравнительно легкие частицы, показавшись на поверхности слоя, могут опять переместиться вниз к рабочему органу, в то время как сравнительно тяжелые частицы, опустившись вниз к рабочему органу, могут оторваться от него и всплыть на поверхность слоя. Сыпучую среду в таком устойчивом в среднем динамическом состоянии, при котором происходит хаотическое движение ее компонентов, будем называть виброкипящей средой (виброкипящим слоем), а режимы вибраций соответственно режимами виброкипения.
Основными параметрами, характеризующими эти режимы, являются амплитуда, частота, угол направленности колебаний. Внутрислоевые процессы при упомянутых режимах происходят вследствие кажущегося изменения некоторых свойств среды. Кажущегося потому, что при прекращении вибраций эти свойства принимают первоначальный вид.